CN108303387A - 用于分析测量区域的方法和微型光谱仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在考虑到光谱评估至少一个单个测量的情况下分析测量区域的方法，其包括如下步骤：•以电磁射束辐射测量区域的物体，•光谱测定地测量来自测量区域的射束，其中为了分析测量区域执行至少两个单个测量，•针对第一单个测量利用第一射束分布以电磁射束辐射物体并且通过光谱测定地测量来提供第一光谱测定的探测器信号，•针对第二单个测量利用与第一射束分布不同的第二射束分布以电磁射束辐射物体并且通过光谱测定地测量来提供第二光谱测定的探测器信号，•通过比较第一光谱测定的探测器信号和第二光谱测定的探测器信号获知比较值，比较值是针对存在直接反射的指示器，并且•为了光谱评估，根据比较值选出探测器信号，用以分析测量区域。

Description

用于分析测量区域的方法和微型光谱仪

技术领域

本发明涉及一种用于分析测量区域的方法和一种微型光谱仪。

背景技术

在DE 102007007040 A1中描述了用于以光学和光谱学研究样品的测量装置。在此，测量结果由于直接反射导致的错误以如下方式避免：将照相机和光谱仪布置在反射角以外。

在DE 102011076677 A1中描述了光谱测量装置和光谱测量法。光谱测量装置包括照明装置、用于检测样品的光谱的光谱仪、用于检测样品图像的照相机和用于根据图像评估光谱的评估单元。描述的是：借助照明装置和照相机能够识别出光亮，即直接反射。在此，照相机必须安装在相同的光路中，以便借助照相机探测到光亮。

发明内容

本发明涉及一种用于分析测量区域的方法和一种微型光谱仪。

光谱仪能够用于获知光谱信息，例如物体的化学成分或者物体中特定的混合物的存在。待研究的物体并非总是可直接接近的。物体能够例如焊入薄膜中或者至少部分被与物体不同的材料包覆。根据照明角度和光谱仪的探测角，在薄膜上或周侧上被反射的射束能够撞击到光谱仪的探测器上。该效应被称为直接反射，这是因为射束在撞击到物体上之前就被反射，并且因此没有包含关于待研究的物体的信息。直接反射能够叠加包含关于物体的信息的射束，例如被物体漫反射的射束。在直接反射时，射束以高的强度被反射并且因此能够叠加或掩盖物体的待探测的材料光谱，这是因为该材料光谱大多具有比直接反射的射束更小的强度。当薄膜或材料表面的材料光谱与待研究的物体的材料不同，并且直接反射的射束和包含关于物体的信息的来自物体的射束撞击到光谱仪的探测器上时，因此得到直接反射的射束和包含关于物体的信息的射束的叠加的光谱。

具有独立专利权利要求的特征的本发明的优点是：直接反射能够以简单的方式探测到，并且因此用于分析测量区域的测量结果的可靠性能够得到提高。尤其有利的是：能够单独地以很高的可靠性评估测量区域的不同的元件，即例如物体和至少部分包围物体的材料布置、例如薄膜或包装的光谱或者仅评估测量区域的选出的元件的光谱。因此，包装的光谱信息例如能够被获知并且与之独立地获知布置在包装中的物体。因此，被包装的或不能够直接接近的物体也能够被检验其成分。直接反射能够利用存在的器件确定，从而不需要附加的设备来确定直接反射。

另外的优点是：如果在直接反射的光谱中不存在物体信息或存在叠加的物体信息，那么能够识别出依赖于角度的直接反射，即直接反射依赖于测量区域表面相对于微型光谱仪的光轴的倾斜。直接反射的随后的补偿或屏蔽能够导致在手动测量情况下，例如在智能手机中或在手持光谱仪系统中提高测量技术的稳定性。此外，直接反射因此也能够被测得，并且用作例如针对特殊的表面信息、包装鉴定或类似情况的有效信号。

这利用根据权利要求1的用于分析测量区域的方法在考虑到光谱评估至少一个单个测量的情况下实现，其中单个测量具有如下步骤：以电磁射束来辐射测量区域的物体和光谱测定地测量来自测量区域的射束。该方法的特征在于，为了分析测量区域执行至少两个单个测量，其中针对第一单个测量利用第一射束分布以电磁射束辐射物体并且通过光谱测定地测量来自测量区域的第一射束来提供第一光谱测定的探测器信号，针对第二单个测量利用与第一射束分布不同的第二射束分布以电磁射束辐射物体并且通过光谱测定地测量来自测量区域的第二射束来提供第二光谱测定的探测器信号，通过比较第一光谱测定的探测器信号和第二光谱测定的探测器信号获知比较值，其中比较值是针对存在直接反射的指示器，并且为了光谱评估，根据比较值选出光谱测定的探测器信号，用以分析测量区域。优点是：物体相对于微型光谱仪的位置能够在大的公差区域内选择，从而即使在不知道物体相对于微型光谱仪的准确位置或角度（在该角度下执行测量）的情况下也能够获得可靠的测量结果。此外能够可靠地区分来自物体的射束和直接反射的射束。这因此能够在光谱评估探测器信号时被考虑到。直接反射对物体的光谱信息的影响尤其是能够得到减小或防止。

根据实施方式，第一光谱测定的探测器信号和第二光谱测定的探测器信号分别包括光子强度。如果探测器信号中的其中一个具有明显更高的光子强度，那么这指出的是：来自测量区域的射束包括直接反射的射束。在考虑到第一光谱测定的探测器信号相对于第二光谱测定的探测器信号的随时间改变的光子强度分布的情况下，带有直接反射的空间角度有利地能够得到确定，并且该信息在光谱评估时被考虑到，以便提高测量结果的可靠性。

在实施方式中，第一光谱测定的探测器信号和第二光谱测定的探测器信号在时间上错开地被测量单元接收。优点是：在单个测量之间的相互作用能够得到减少或者避免，并且由此能够提高测量结果的可靠性。

在实施方式中，比较值能够是第一光学测定的探测器信号和第二光学测定的探测器信号的标准化的相对差信号。优点是：因此存在无量纲的指示器，由此能够实现比较不同的测量系列，并且指示器能够适用于不同的测量系列，在这些测量系列中，不同的物理参量、例如由依赖于波长的射束强度构成的光电流能够分别用作光谱测定的探测器信号。

在实施方式中，在表明存在直接反射的比较值的情况下，带有第一值的光谱测定的探测器信号能够为了确定介质的光谱信息被评估，在介质上发生直接反射，所述第一值是针对被探测的电磁射束的量度，其中第一值大于另外的探测器信号的第二值，并且带有小于第一值的第二值的另外的光谱测定的探测器信号能够为了确定物体的光谱信息被评估。优点是：因此即使在不知道物体相对于微型光谱仪的准确位置或角度（在该角度下执行测量）的情况下也能够获知关于至少部分包围物体的介质的光谱信息和关于物体本身的光谱信息。

如果得到不明确的比较值，那么在实施方式中，由探测单元探测到的射束强度能够是针对存在直接反射的另外的指示器，并且根据该另外的指示器进行光谱评估。优点是：因此在不明确的比较值的情况下也能够可靠地获知关于物体和/或至少部分包围物体的介质的光谱信息。

在实施方式中，在不明确的比较值的情况下，当射束强度具有很小的值，尤其是射入测量区域的电磁射束的强度的0.2%或5%的值或者在0.2%与5%之间的值时，两个光谱测定的探测器信号能够适用于获知物体的光谱信息，或者当射束强度具有很高的值，尤其是射入测量区域的电磁射束的强度的10%或100%的值或者在10%与100%之间的值时，丢弃两个光谱测定的探测器信号。优点是：因此能够可靠地选出光谱测定的探测器信号，并且因此在不明确的比较值的情况下也能够进行光谱评估。因此得到非常稳定的用于分析测量区域的方法。

在实施方式中，能够评估不存在直接反射的光谱测定的探测器信号，用以获知物体的光谱信息，并且丢弃存在直接反射的光谱测定的探测器信号。因此有利地，即使在不知道物体相对于微型光谱仪的准确位置或角度（在该角度下执行测量）的情况下也能够可靠地获知物体的光谱信息。

在实施方式中，能够评估存在直接反射的光谱测定的探测器信号，用以获知介质的光谱信息，在介质上发生直接反射，并且能够评估不存在直接反射的光谱测定的探测器信号，用以获知物体的光谱信息。优点是：因此在不改变物体相对于微型光谱仪的位置或角度（在该角度下执行测量）的情况下从光谱测定的探测器信号能够获知关于物体的光谱信息和关于至少部分包围物体的介质的光谱信息。

在实施方式中，能够评估存在直接反射的光谱测定的探测器信号，用以获知至少部分包围物体的介质的光谱信息，在介质上发生直接反射，并且丢弃不存在直接反射的光谱测定的探测器信号。因此有利地，用于分析的区域能够有针对性地从测量区域选出。

替选地或补充地，能够从单个测量获知电磁射束到测量区域上的主入射角。优点是：因此能够执行光谱偏置的修正。这种光谱偏置例如在使用法布里-珀罗干涉仪作为针对光谱测定的测量的光谱元件的情况下出现。在法布里-珀罗干涉仪中，电磁射束到法布里-珀罗干涉仪上的入射角的改变导致波长的移动，其应该借助干涉仪测得。入射角的分布能够以偏离法布里-珀罗干涉仪上的法线的角度为中心。如下角度被称为主入射角，入射角以该角度为中心。如果主入射角偏离法线，那么就导致整个光谱移动、所谓的光谱偏置。如果主入射角是公知的，那么该光谱偏置能够被确定，并且光谱相应得到修正。由此，即使当主入射角偏离法线时，测量区域的光谱信息也能够可靠地得到确定。因此用户友好性能够得到提高，这是因为用户在执行分析测量区域时不必注意主入射角并且仍然得到具有很高的精确度的测量结果。

用于执行分析测量区域的微型光谱仪包括：照明单元，其具有至少两个用于以电磁射束从不同的照明角度照明测量区域的照明元件；探测单元；布置在测量区域与探测单元之间的光程中的光谱元件；和评估单元，评估单元构造用于在时间上彼此独立地操控照明单元的照明元件。微型光谱仪的特征在于，评估单元包括比较单元、信号选出单元和计算单元，其中比较单元设定用于从单个测量的结果确定比较值，信号选出单元设定用于根据比较值选出探测器信号，用以分析测量区域，并且计算单元设定用于从至少一个选出的光谱测定的探测器信号获知光谱信息。优点是：因此简化了对测量区域的分析，这是因为存在直接反射的测量也能够用于分析测量区域，并且同时实现测量的高的可靠性。此外能够获得关于物体的信息和关于物体表面或包围物体的介质，例如包装材料的信息。此外能够提高测量的稳定性，这是因为能够识别出、补偿、屏蔽和/或独立地评估光谱测定的探测器信号（其包括直接反射的射束的光谱信息）。因此，微型光谱仪具有关于物体相对于微型光谱仪的位置或角度（在该角度下执行测量）的很高的错误公差。

在实施方式中，光谱元件能够包括至少一个法布里-珀罗干涉仪，利用该法布里-珀罗干涉仪能够有利地实现针对“手持式设备”的很小的结构大小。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在随后的描述中详细阐述。图中的相同的附图标记表示相同或相同作用的元件。其中：

图1示出了用于分析测量区域的方法的流程图；

图2示出了测量区域的横截面，其包括物体和部分包围物体的介质；

图3示出了测量区域的横截面，其包括物体和包围物体的介质；

图4示出了测量区域的横截面，其包括物体和包围物体的介质，其中在物体和介质之间构造有空腔；

图5示出了用于分析测量区域的方法的流程图，其中获知物体和至少部分包围物体的介质的光谱信息；

图6示出了用于分析测量区域的方法的流程图，其中获知物体的光谱信息；

图7示出了用于分析测量区域的方法的流程图，其中执行新的单个测量受到操控；

图8示出了用于分析测量区域的方法的流程图，其中获知物体的光谱信息并且丢弃光谱测定的探测器信号，所述探测器信号包括至少部分包围物体的介质的光谱信息；

图9示出了用于分析测量区域的方法的流程图，其中获知包围物体的介质的光谱信息并且丢弃光谱测定的探测器信号，所述探测器信号包括物体的光谱信息；

图10示出了用于分析测量区域的方法的流程图，其中获知用于修正光谱测定的探测器信号的主入射角；

图11示出了用于分析测量区域的微型光谱仪的横截面，其中直接反射的射束没有被微型光谱仪的探测单元接收；并且

图12示出了用于分析测量区域的微型光谱仪的横截面，其中直接反射的射束和来自物体的射束被微型光谱仪的探测单元接收。

具体实施方式

来自物体的射束能够例如包括由物体反射的、透射的、散射的和/或发射的射束。

在物体和能够为了光谱地评估射束而探测来自物体的射束的探测单元之间例如能够布置有至少部分反射的介质。这种介质例如能够是包装薄膜、物体的能够具有不同于物体的化学成分的部分反射的表面和/或能够布置在物体的表面上的液体、例如水滴。物体能够与介质一起形成测量区域。测量区域包括物体和介质。在撞击到物体上之前被介质反射的电磁射束不包含关于物体的信息。然而，被介质反射的射束包含关于介质的信息。被介质反射的射束是电磁射束，该电磁射束在其撞击到物体上之前以很高的强度被反射。该效应被称为直接反射。

来自测量区域的射束能够包括来自物体的射束和/或之前描述的被介质直接反射的电磁射束。

射束分布描述了由光源输出的电磁射束。射束分布能够例如通过电磁射束的角分布、主入射角、光谱组成和/或通过例如在随时间脉冲的照明元件中的光输出的周期性或上面提到的射束分布的组合来表征。如下角度被称为主入射角，来自照明元件的电磁射束关于测量区域的表面的入射角以该角度为中心。如果光源的所有光射束例如在撞击到表面上时彼此平行地延伸，那么所有光射束以相应于主入射角的入射角撞击到表面上。

微型光谱仪是带有在厘米范围中的尺寸的光谱仪，其中也包括了在厘米范围以下的更小的尺寸。

光谱信息例如能够包括化学成分，即光谱或物体中的特定的混合物的存在。

图1示出用于分析测量区域的方法10的流程图。用于分析测量区域的方法10例如能够以软件或硬件或以由软件和硬件构成的混合形式在控制设备中实现。在图1中执行第一单个测量11'和第二单个测量11''。单个测量11'、11''在测量单元7中执行。测量单元7例如能够包括照明单元、光学成像系统、光谱元件和探测单元。第一单个测量11'包括步骤：以带有第一射束分布的电磁射束来辐射110'测量区域的物体和光谱测定地测量111来自测量区域的第一射束。通过光谱测定地测量111来自测量区域的第一射束能够提供第一光谱测定的探测器信号111'。第二单个测量11''包括步骤：以带有与第一射束分布不同的第二射束分布的电磁射束来辐射110''物体和光谱测定地测量111来自测量区域的第二射束。通过光谱测定地测量来自测量区域的第二射束能够提供第二光谱测定的探测器信号111''。第一光谱测定的探测器信号111'和第二光谱测定的探测器信号111''能够例如在时间上错开地被探测单元接收。在另外的在此未示出的实施例中，多于两个的单个测量11'、11''也能够得到执行并且在分析测量区域时被考虑到。第一和第二射束分布能够例如在主入射角中有所不同。第一射束分布例如能够具有比第二射束分布更大的主入射角。光谱测定的探测器信号111'、111''是针对来自测量区域的射束的量度并且例如能够包括光子强度、干涉图等。如下探测器信号适用于作为光谱测定的探测器信号111'、111''，所述探测器信号包括关于测量区域的光谱信息14'。随后描述的方法步骤例如能够在评估单元6中进行。测量单元7能够包括通信接口，其能够将光谱测定的探测器信号111'、111''传递到评估单元6上，并且接收来自评估单元6的数据或信号。评估单元6能够包括通信接口，其适用于接收来自测量单元7的数据或信号，尤其是光谱测定的探测器信号111'、111''，并且将信号，例如控制信号16'或数据传递到测量单元7上。光谱测定的探测器信号111'、111''在图1中从测量单元7传递至评估单元6。通过比较12第一光谱测定的探测器信号111'和第二光谱测定的探测器信号111''能够获知比较值12'。比较12例如能够在比较单元61中进行，其适用于或能够设定用于从单个测量11'、11''的结果例如通过形成探测器信号111'、111''的差来确定比较值12'。比较值12'是针对存在直接反射的指示器。也就是说，借助比较值12'例如能够获知光谱测定的探测器信号111'、111''中的其中一个或多个是否基于对直接反射的射束的光谱测定的测量111。根据比较值12'能够选出13光谱测定的探测器信号111'、111''，并且进行所选出的探测器信号/所选出的光谱测定的探测器信号13'的光谱评估14，用以分析测量区域。选出13能够在信号选出单元62中进行，其适用于或能够设定用于根据比较值12'执行选出13光谱测定的探测器信号111'、111''，用以分析测量区域5。根据比较值12'尤其是也不能够选出光谱测定的探测器信号111'、111''。如果光谱测定的探测器信号111'、111''例如包括光子强度，那么能够出现的是，在比较12时得到：光谱测定的探测器信号111'、111''的光子强度分别具有针对光谱评估14的过小的值。在该情况下不能够选出针对光谱评估14的光谱测定的探测器信号111'、111''。也能够仅评估光谱测定的探测器信号111'、111''中的其中一个，并且丢弃另外的光谱测定的探测器信号111'、111''，能够评估两个光谱测定的探测器信号111'、111''，或者丢弃16''所有光谱测定的探测器信号111'、111''，并且重新执行单个测量11'、11''，获知比较值12'，并且重新进行选出13。光谱评估14能够根据情况获知物体和/或介质的一个或多个光谱信息14'或光谱。光谱评估14能够例如在计算单元63中进行，其适用于或能够设定用于从至少一个选出的光谱测定的探测器信号13'获知一个或多个光谱信息14'。当特定的波长范围与例如另外的参考波长范围相比有所不同时，示例性地能够丢弃光谱测定的探测器信号。

如果光谱测定的探测器信号111'、111''中的至少一个在选出13时被选出，那么至少一个选出的光谱测定的探测器信号13'被光谱评估14。光谱评估14能够设定用于根据比较值12'分析测量区域。例如能够在光谱评估14时获知光谱信息14'或物体和/或至少部分包围物体的介质的光谱。能够输出15一个光谱信息14'或多个光谱信息14'。输出15能够例如以光学、触觉和/或声学的方式进行。光谱信息14'例如能够通过输出单元15，例如显示器、触摸屏或扬声器输出。

如果没有光谱测定的探测器信号111'、111''在选出13时被选出16''，那么控制信号16'能够被传送至测量单元7，以便执行另外的单个测量11'''、11''''，如这例如也在图7中示出的那样。在此，另外的单个测量11'''、11''''中的至少一个能够相对于方法10的之前运行的单个测量11'、11''具有改变的射束分布和/或测量单元7与测量区域之间的不同的测量间距。替选地能够进行带有和在之前的运行中相同的射束分布和测量单元7与测量区域之间的与之前的运行不同的测量间距的两个另外的单个测量11'''、11''''。控制信号16'能够构造用于例如根据选出13光学测定的探测器信号111'、111''调节至少一个照明元件的主入射角。

在实施例中，照明元件能够与执行器连接，所述执行器能够借助控制信号16'操控，以便例如倾斜照明元件，从而调节照明元件的主入射角。替选地或补充地，执行器能够构造用于调节测量单元7与测量区域之间的测量间距。可能的调校的目标是：在不使用附加的传感器来优化的情况下能够产生足够稳定的测量结果。

替选地或补充地能够例如通过输出单元64以光学、触觉或声学的方式输出，该输出说明了没有光学测定的探测器信号111'、111''被选出，并且为了分析测量区域能够执行另外的单个测量。尤其是能够输出如下指引，所述指引例如能够针对用户实现将测量单元7相对于测量区域带入针对另外的单个测量11'''、11''''的位置，从而光谱评估14能够如上面描述的那样实现。

图2、图3和图4示出了测量区域5的实施例的横截面图，其中例如能够出现直接反射。测量区域5例如能够分别包括物体5''和至少部分包围物体5''的介质5'。测量区域5能够在未示出的实施例中也仅包括物体5''或物体5''的一部分。物体5''在所示的实施例中示例性地具有矩形的横截面，物体5''然而并不局限于矩形的横截面。物体例如能够包括食物，例如水果、肉、蔬菜、饮料等。物体5''例如能够是气态的、液态的或固态的。至少部分包围物体的介质5'能够例如是包装薄膜或物体5''的具有与物体5''不同的化学成分的表面。在图2中，物体5''的仅第一表面51''被介质5'覆盖。如果电磁射束从介质5'的远离物体5''的一侧撞击到测量区域上，那么电磁射束的至少第一部分能够直接在介质5'上被反射，并且电磁射束的第二部分被介质5'透射。第二部分能够在第一表面51''上被反射或者渗入物体5''中，并且从那里朝介质5'的方向散射回。因此在第一部分中包含关于介质5'的光谱信息，然而没有包含关于物体5''的光谱信息。第二部分包括关于物体5''的光谱信息。在图3中，第一表面51''、第二表面52''和第三表面53''被介质5'覆盖。在图4中，在介质5'与物体5''之间构造空腔50。例如，在介质5'与物体5''之间能够包含有真空或气体。

在实施例中，比较值12'能够是第一光谱测定的探测器信号111'和第二光谱测定的探测器信号111''的标准化的相对差信号。相对差信号能够用作用于确定直接反射的量度和因此用作比较值12'。在用于确定比较值12'的实施例中，首先在第一时间间隔内能够执行第一单个测量11'，在根据时间在第一时间间隔后的第二时间间隔内执行第二单个测量11''，并且在根据时间在第二时间间隔后的第三时间间隔内执行暗测量。替选地或补充地，能够执行用于第一单个测量11'的第一暗测量，并且能够执行用于第二单个测量11''的第二暗测量。第一光谱测定的探测器信号111'和第一暗测量的探测器信号的差形成第一差值。第二探测器信号111''和第二暗测量的探测器信号的差形成第二差值。第一和第二差值分别大于等于零。比较值12'例如能够以如下方式计算出：

。

比较值12'能够在该实施例中具有在零和一之间的值。如果仅执行唯一的暗测量，那么唯一的暗测量的值相应能够用作针对用于确定比较值12'的第一暗测量和第二暗测量的值。如果没有执行暗测量，那么第一和第二暗测量的值能够为零。在随后描述的实施例中假定：来自物体的射束根据朗伯定律在物体5''上被反射，也就是说，射束被漫反射。比较值12'的随后描述的极限值尤其依赖于照明元件相对于光轴的角度错位、照明元件的辐射特性和测量区域5的吸收特性，并且能够因此根据这些参量改变。如果在本实施例中在比较12时得到带有值为0.15的比较值12'，那么这表明的是存在直接反射，并且光谱测定的探测器信号111'、111''中的其中一个具有直接反射的射束的部分。在该情况下，光谱评估14如在图5、图8或图9中的流程图中示出的那样进行。

在图5中，带有第一值的光谱测定的探测器信号131'为了确定141介质5'的光谱信息141'被评估14，在介质上发生直接反射，其中该值是针对被探测的电磁射束的量度，并且其中第一值大于另外的探测器信号132'的第二值。尤其是在很好的光谱相关性的情况下（也就是说：在不同的波长中的相同的光谱特性），带有小于第一值的第二值的另外的光谱测定的探测器信号132'能够为了确定142物体5''的光谱信息142'被评估14。能够输出15介质5'的光谱信息141'和物体5''的光谱信息142'。

当仅非常少的光子被探测到，即两个光谱测定的探测器信号111'、111''具有大约与一个暗测量/多个暗测量相一致的值时，大约为零的比较值12'能够例如得到。此外，当光谱测定的探测器信号111'、111''大约一样大时，大约为零的比较值12'能够得到。当在没有单个测量11'、11''时或者在两个单个测量11'、11''时探测到直接反射的射束时，一样大的光谱测定的探测器信号111'、111''能够得到。因为从带有大约为零的值的比较值12'不能够得到关于存在直接反射的结论，所以比较值12'被视为是不明确的。在不明确的比较值121'的情况下，射入测量区域上的电磁射束在撞击到测量区域之前的射束强度能够是针对存在直接反射的另外的指示器122'，并且根据另外的指示器122'选出13光谱测定的探测器信号111'、111''。

在存在不明确的比较值121'的情况下，当光谱测定的探测器信号111'、111''的射束强度具有很小的值时，两个光谱测定的探测器信号111'、111''能够用于获知物体5''的光谱信息142'，其中很小的值例如包括射入测量区域5上的电磁射束在撞击到测量区域5之前的射束强度的0.2%或5%的值或在0.2%和5%之间的值。这种情况示例性地在图6所示的流程图中示出。在图6中执行测量11'''射入测量区域5上的电磁射束。在此接收的探测器信号111'''（其是针对射入测量区域上的电磁射束的射束强度的量度）在图6中传送到评估单元6，尤其是比较单元61。测量11'''射入测量区域上的射束例如能够在照明元件上实现，其设定用于以电磁射束辐射110'、110''测量区域。替选地或补充地，测量11'''对于每个照明元件来说能够进行一次，并且得到的值作为参考值存储在存储器中（未示出），比较单元61尤其是在不明确的比较值121'的情况下能够访问存储器，以便确定另外的指示器122'并且将其传送到选出单元62上。在此未示出的实施例中，探测器信号111'''（其是针对射入测量区域5上的射束的量度）从存储器调出。步骤：测量11'''射入测量区域5上的射束，在此能够取消。另外的指示器122'是与射入测量区域5上的射束相比有多少来自测量区域5的射束在探测单元中被探测到的量度。例如，另外的指示器122'能够具有在0%至100%之间的值，其中包括边界值。

在存在不明确的比较值121'时，能够丢弃16两个光谱测定的探测器信号111'、111''。这种情况在图7中的流程图中示出。该流程能够一直到选出单元62都例如与图6所示的流程一致。另外的指示器122'是与射入测量区域5上的射束相比有多少来自测量区域5的射束在探测单元中被探测到的量度。当射束强度具有很高的值，尤其是射入测量区域的电磁射束的强度的10%或100%的值或在10%与100%之间的值时，两个光谱测定的探测器信号111'、111''在图7所示的实施例中被丢弃。另外的指示器122'表明的是可能存在直接反射。替选地能够光谱评估14探测器信号111'、111''中的至少一个，用以确定141介质的光谱信息141'。当在不明确的比较值121'的情况下的射束强度具有很小的值，尤其是射入测量区域的电磁射束的强度的小于0.1%的值时，那么这能够是如下指示：相对于测量区域5的执行单个测量11'、11''的测量间距是不适当的。如在图7中示出的那样，基于另外的指示器122'的很小的值丢弃16光谱测定的探测器信号111'、111''。控制信号16'能够如之前描述的那样例如为了改变测量间距而产生。

因此能够借助另外的指示器122'控制如下：是确定141、142光谱信息14'、141'、142'还是丢弃16探测器信号111'、111''并且操控测量单元7来执行重新的单个测量11'''、11''''并且传递光谱测定的探测器信号至评估单元6。在丢弃16的情况下，如之前描述的那样能够产生控制信号16'，其操控测量单元7。

图8示出流程图，其中从第一光谱测定的探测器信号111'和第二光谱测定的探测器信号111''的比较12得到明确的比较值12'。比较值12'在该实施例中表明的是：光谱测定的探测器信号111'、111''中的其中一个包括直接反射的射束，并且光谱测定的探测器信号111'、111''中的其中一个不包括直接反射的射束。方法10的流程一直到光谱评估14例如都与在图5中描述的流程类似。在图8中示出的是：例如对不存在直接反射的光谱测定的探测器信号132'进行光谱评估14，用以确定142物体5''的光谱信息，并且丢弃16存在直接反射的光谱测定的探测器信号131'。能够输出15物体5''的光谱信息。

图8中的方法和图9中示出的流程图的不同之处在于：在图9中，在选出13用于分析的光谱测定的探测器信号后，光谱评估14存在直接反射的光谱测定的探测器信号131'，用以获知141至少部分包围物体的介质5'的光谱信息141'，并且丢弃16不存在直接反射的光谱测定的探测器信号132'。

图5、图8和图9示出如下实施例，在这些实施例中，光谱测定的探测器信号111'、111''中的其中一个包括直接反射的射束，并且光谱测定的探测器信号111'、111''中的其中一个不包括直接反射的射束。根据例如能够由用户预定的预定参数，物体5''和/或介质5'的光谱信息14'能够被获知141、142。

图10示出用于光谱评估14的实施例的流程图，其中确定141介质5'的光谱信息141'，在介质上发生直接反射，并且/或者确定142物体5''的光谱信息142'。此外在图10中，针对单个测量11'、11''中的至少一个确定143电磁射束到测量区域5上的主入射角143'。关于主入射角143'的信息和一个光谱信息/多个光谱信息141'、142'在修正单元144中处理。如果例如法布里-珀罗干涉仪在光谱测定的测量111中用于单个测量11'、11''，那么主入射角143'的改变能够导致光谱的移动。在法布里-珀罗干涉仪中，电磁射束到法布里-珀罗干涉仪上的入射角的变化导致波长移动，其应该借助干涉仪测量。如果主入射角偏离法线，那么就导致整个光谱的移动、所谓的光谱偏置。如果主入射角143'是公知的，那么该光谱偏置能够被确定，并且一个光谱/多个光谱141'、142'相应得到修正。该修正在图10所示的实施例中在修正单元144中进行。一个经修正的光谱或多个经修正的光谱1410'、1420'能够得到输出15。

图11示出用于例如根据之前描述的方法执行分析测量区域5的微型光谱仪1000的横截面。微型光谱仪1000能够例如布置在壳体中（未示出）。微型光谱仪1000包括：照明单元1，照明单元包括至少一个第一照明元件1'和第二照明元件1''用于以电磁射束从不同的照明角度1010'、1010''照明测量区域5；探测单元2；光谱元件3，光谱元件布置在测量区域5与探测单元2之间的光程中；和评估单元6，评估单元构造用于在时间上彼此独立地操控照明单元1的照明元件1'、11''。评估单元6的第一控制信号161'能够操控第一照明元件1'，即例如接通和切断第一照明元件1'；调校第一照明元件1'的第一射束分布；调校第一照明角度1010'和/或调校照明元件1'与测量区域5之间的间距。类似地，评估单元6的第二控制信号能够操控第二照明元件1''， 即例如接通和切断第二照明元件1''；调校第二照明元件1''的第二射束分布；调校第二照明角度1010''和/或调校照明元件1''与测量区域5之间的间距。第一控制信号161'和第二控制信号162'能够彼此独立地产生。在该实施例中，照明元件1'、1''分别与微型光谱仪的光轴1001间隔开地布置，从而能够实现偏心地照明测量区域5。在光谱元件3与测量区域5之间的光程中布置有成像系统4，其将来自测量区域的射束501引导至光谱元件3上。来自测量区域的射束501在图11中作为两个射束之间的面画出。成像系统4例如能够包括聚光透镜和/或光引导件。光谱元件3例如能够包括至少一个微型机械的法布里-珀罗干涉仪，其包括两个通过间隙彼此间隔开的镜面元件。第一照明元件1'和第二照明元件1''能够实施为布置在不同的方位上的单独的发射器，例如发光二极管（LED）、LED+磷光剂或电灯泡+遮板。替选地或补充地，照明元件1'、1''能够表示从共同的发射器，例如发光二极管（LED）、LED+磷光剂、电灯泡+遮板出发的不同的光路。不同的光路能够例如通过调制器单独地接通和切断或者说调制，从而例如能够实现在时间上独立地操控光路。在时间上独立的操控例如能够通过带有不同的频率或不同的相位的锁定实现。例如，第一照明元件1'能够在0º至120º的相位中接通，以便以第一射束分布辐射110'测量区域5，并且执行光谱测定的测量111，第二照明元件1''在120º至240º的相位中接通，其中第一照明元件1'切断，以便以第二射束分布辐射110''测量区域5，并且执行光谱测定的测量111，并且在240º至360º的相位中执行光谱测定的测量，而照明元件1'、1''没有接通，以便利用探测单元2记录针对暗测量的探测器信号111'''。不是由照明单元1发射的环境光能够被抑制，其方法是：例如执行带有不同频率的锁定方法，或者针对照明元件1'、1''使用固定地选择的相位关系。因此，照明元件1'、1''之间的相互作用也能够得到减小或避免。第一照明角度1010'表示第一照明元件1'的主入射角143'，第二照明角度1010''表示第二照明元件1''的主入射角。如在图10中示出的那样，主入射角143'能够针对每个单个测量11'、11''被获知143，以便修正光谱141'、142'。探测单元2、光谱元件3和成像系统4在图11中共同形成测量单元7。评估单元6包括比较单元61、信号选出单元62和计算单元63。如之前描述的那样，比较单元61设定用于从单个测量11'、11''的结果确定比较值12'，信号选出单元62设定用于根据比较值12'选出13光谱测定的探测器信号111'、111''，用以分析测量区域5，并且计算单元63设定用于从至少一个选出的光谱测定的探测器信号13'、131'、132'中获知141、142光谱信息14'、141'、142'。在图11中画出第一直接反射的射束1002'、即在第一单个测量1'中出现的在介质5'上直接反射的射束以及第二直接反射的射束1002'、即在第二单个测量1''中出现的在介质5'上直接反射的射束和来自物体的射束1003。如果照明元件1'、1''在时间上错开地被操控，那么直接反射的射束1002'、1002''在时间上错开地出现。为了简单起见，在图11和图12中，所有对于单个测量11'、11''来说重要的出现的射束1002'、1002''、1003分别在图11和图12中画出。来自测量区域的射束501（其被引导至探测单元2上）在该实施例中仅包括来自物体的射束1003的一部分。直接反射的射束1002在该实施例中朝相应另外的照明元件1'、1''的方向反射并且因此没有被引导至探测单元2上。也就是说，单个测量11'、11''的被探测单元2接收的光谱测定的探测器信号111'、111''不包含直接反射。其例如能够根据之前描述的方法10被评估，以便得到物体5''的光谱信息142'。

在图12中，相对于图11所示的实施例，测量区域5相对于微型光谱仪1000倾斜一个角度。由此，第一照明角度1010'和第二照明角度1010''相对于图11中的照明角度分别改变了一个倾斜角。如借助直接反射的射束1002、来自物体的射束1003和被引导至探测单元2上的来自测量区域的射束501的所画出的射束走向明显的那样，第一光谱测定的探测器信号111'（其通过以第一射束分布辐射110'测量区域5以光谱测定的方式被测量111）包括直接反射的射束1002的部分和在此作为漫反射的射束示出的来自物体5''的射束的部分。第二探测器信号111''仅包括来自物体5''的射束1003的部分。因此，例如能够利用之前描述的方法10中的其中一个从第一探测器信号111'确定141介质5'的光谱信息141'和/或从第二探测器信号111''确定物体5''的光谱信息141''。

Claims (13)

1.用于在考虑到光谱评估（14）至少一个单个测量（11'、11''、11'''、11''''）的情况下分析测量区域（5）的方法（10），其中所述单个测量（11'、11''、11'''、11''''）具有如下步骤：

•以电磁射束辐射（110'、110''）测量区域（5）的物体（5''），

•光谱测定地测量（111）来自测量区域的射束（501），

其特征在于，为了分析测量区域（5）执行至少两个单个测量（11'、11''、11'''、11''''），其中

•针对第一单个测量（11'）利用第一射束分布以电磁射束辐射（110'）物体（5''）并且通过光谱测定地测量（111）来自测量区域的第一射束来提供第一光谱测定的探测器信号（111'），

•针对第二单个测量（11''）利用与第一射束分布不同的第二射束分布以电磁射束辐射（110''）物体（5''）并且通过光谱测定地测量（111）来自测量区域的第二射束来提供第二光谱测定的探测器信号（111''），

•通过比较（12）第一光谱测定的探测器信号（111'）和第二光谱测定的探测器信号（111''）获知比较值（12'、121'），其中所述比较值（12'、121'）是针对存在直接反射的指示器，并且

•为了光谱评估（14），根据所述比较值（12'、121'）选出（13）光谱测定的探测器信号（111'、111''），用以分析测量区域（5）。

2.根据权利要求1所述的方法（10），其特征在于，所述第一光谱测定的探测器信号（111'）和所述第二光谱测定的探测器信号（111''）分别包括光子强度。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法（10），其特征在于，所述第一光谱测定的探测器信号（111'）和所述第二光谱测定的探测器信号（111''）在时间上错开地被测量单元（7）记录。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法（10），其特征在于，所述比较值（12'、121'）是第一光学测定的探测器信号（111'）和第二光学测定的探测器信号（111''）的标准化的相对差信号。

5. 根据前述权利要求中任一项所述的方法（10），其特征在于，在表明存在直接反射的比较值（12'）的情况下，

•带有第一值的光谱测定的探测器信号（131'）为了确定（141）介质（5'）的光谱信息（141'）被评估，在所述介质上发生直接反射，其中所述值是针对被探测的电磁射束的量度，并且其中所述第一值大于另外的探测器信号（132'）的第二值，并且

•带有小于第一值的第二值的另外的光谱测定的探测器信号（132'）为了确定（142）物体（5''）的光谱信息（142'）被评估。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法（10），其特征在于，在不明确的比较值（12'、121'）的情况下，由测量单元（7）探测到的射束强度是针对存在直接反射的另外的指示器（122'），并且根据所述另外的指示器（122'）进行光谱评估（14）。

7. 根据权利要求6所述的方法（10），其特征在于，在不明确的比较值（12'、121'）的情况下，

•当所述射束强度具有很小的值，尤其是射入测量区域的电磁射束的强度的0.2%或5%的值或者在0.2%与5%之间的值时，两个光谱测定的探测器信号（111'、111''）适用于获知（142）物体（5''）的光谱信息（142'），或者

•当所述射束强度具有很高的值，尤其是射入测量区域的电磁射束的强度的10%或100%的值或者在10%与100%之间的值时，丢弃所述两个光谱测定的探测器信号（111'、111''）。

8. 根据前述权利要求中任一项所述的方法（10），其特征在于，

•光谱评估（14）不存在直接反射的光谱测定的探测器信号（132'），用以获知（142）物体（5''）的光谱信息（142'），并且

•丢弃（16）存在直接反射的光谱测定的探测器信号（131'）。

9. 根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，

•光谱评估（14）存在直接反射的光谱测定的探测器信号（131'），用以获知（141）介质（5'）的光谱信息，在所述介质上发生直接反射，并且

•光谱评估（14）不存在直接反射的光谱测定的探测器信号（132'），用以获知（142）物体（5''）的光谱信息（142'）。

10. 根据权利要求1至7中任一项所述的方法（10），其特征在于，

•光谱评估（14）存在直接反射的光谱测定的探测器信号（131'），用以获知（141）至少部分包围物体（5''）的介质（5'）的光谱信息（141'），在所述介质上发生直接反射，并且

•丢弃（16）不存在直接反射的光谱测定的探测器信号（132'）。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法（10），其特征在于，从所述单个测量（11'、11''、11'''、11''''）获知电磁射束到测量区域（5）上的主入射角（143'）。

12.用于根据前述权利要求中任一项所述的方法（10）执行分析测量区域（5）的微型光谱仪（1000），所述微型光谱仪包括：

•照明单元（1），其包括至少两个用于以电磁射束从不同的照明角度（1010'、1010''）照明（110'）测量区域（5）的照明元件（1'、1''），

•探测单元（2），

•布置在测量区域（5）与探测单元（2）之间的光程中的光谱元件（3），和

•评估单元（6），所述评估单元构造用于在时间上彼此独立地操控照明单元（1）的照明元件（1'、1''），

其特征在于，所述评估单元（6）包括比较单元（61）、信号选出单元（62）和计算单元（63），其中

•所述比较单元（61）设定用于从单个测量（11'、11''、11'''、11''''）的结果确定比较值（12'、121'），

•所述信号选出单元（62）设定用于根据比较值（12'、121'）选出（13）光谱测定的探测器信号（111'、111''），用以分析测量区域（5），并且

•所述计算单元（63）设定用于从至少一个选出的光谱测定的探测器信号（13'、131'、132'）获知（141、142）光谱信息（14'、141'、142'）。

13.根据权利要求12所述的微型光谱仪（1000），其特征在于，所述光谱元件（3）包括至少一个法布里-珀罗干涉仪。